DTI融合神经导航技术在17例脑肿瘤术前计划中的应用

汪 桦,鲁晓杰,蔺玉昌,缪亦锋△

(南京医科大学附属无锡第二医院:1.影像科;2.脑科中心,江苏 214002)

DTI融合神经导航技术在17例脑肿瘤术前计划中的应用

汪 桦1,鲁晓杰2,蔺玉昌2,缪亦锋2△

(南京医科大学附属无锡第二医院:1.影像科;2.脑科中心,江苏 214002)

目的探讨磁共振弥散张量成像(DTI)融合神经导航技术在脑肿瘤术前计划中的作用｡方法 采用DTI-神经导航图像融合技术对17例脑肿瘤患者实施神经导航手术｡结果DTI-神经导航图像配准融合结果良好,融合图像成功用于17例脑肿瘤神经导航,其中5例(29%)患者进行了皮质切口改良,11例(65%)患者肿瘤切除范围进行了重新设定｡术后13例(76%)患者术前症状好转,生存质量提高｡结论DTI磁共振图像在神经导航中的配准融合,为颅脑病变术前制订手术计划､术中保护正常脑功能及为脑功能研究提供了有力的工具｡

磁共振成像;神经导航;脑肿瘤;术前计划

磁共振弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)是目前在活体上测量水分子弥散运动与成像的惟一方法,能清晰显示脑白质结构,尤其是锥体束､胼胝体､视放射､基底节内外囊､脑白质半卵圆中心以及放射冠等主要的白质纤维[1-3]｡本研究将显示白质传导束的DTI影像与显示大体解剖结构的MRI导航序列影像相融合,对脑肿瘤进行术前计划,并与常规手术计划相比较,探讨DTI融合神经导航技术的临床应用价值｡

1 资料与方法

1.1 一般资料 选择2008年9月至2009年9月脑肿瘤患者17例,其中男10例,女7例,年龄19～73岁,平均(43±12)岁｡肿瘤部位:右侧10例,左侧7例;额叶5例,顶叶4例,额顶叶2例,颞顶叶2例,颞叶2例,枕叶1例,基底节区1例｡所有患者均被告知治疗情况,并自愿参加实验｡同时选择2007年8月至2008年8月常规手术患者17例作为对照,其中男9例,女8例,年龄17～74岁,平均(42±14)岁｡肿瘤部位:右侧11例,左侧6例;额叶6例,顶叶6例,额顶叶3例,颞顶叶 2例｡

1.2 DTI扫描及图像重建 采用Signa EXCITE磁共振成像设备,DTI扫描参数:TR 9 000 ms,TE 84 ms,27层,层厚5 mm,Dist factor 10%,扫描野(FOV)为 230 mm×230 mm,成像体素1.8 mm×1.8 mm×3 mm,信噪比 1｡使用 Leonardosyngo工作站生成各向异性分数(FA)､FA-color､平均扩散系数(ADC)等参数图｡根据横轴位FA图或弥散加权成像(diffusion weighted imaging,DWI)横轴位像上的内囊后支前2/3､大脑脚､延髓水平标记兴趣区(region of interest,ROI)获得肿瘤与纤维束关系图,以DICOM格式保存｡

1.3 DTI融合神经导航数据处理 手术前1 d,患者头皮粘贴标志点,进行导航结构像(T1)扫描｡将T1､DTI和含有标志区的DWI图(均为DICOM 格式)经医院PACS系统传输到ASA-610V神经导航工作站,以线性融合方式分别与导航T1结构像进行配准融合,获得含有纤维束与肿瘤界面标志区的T1融合像及FA等DWI参数融合图像｡

1.4 脑肿瘤术前计划 术前根据DTI融合神经导航图像设计手术入路及皮质切口,同时描绘出肿瘤切除的边界｡其中皮质切口和肿瘤预测切除边界作为两个独立因素,被用于评估DTI融合神经导航技术对神经外科医生术前计划的精确性｡

1.5 临床评价及随访 所有患者在术前､术后1个月进行临床评估,尤其关注涉及到锥体束､视放射及弓状束的症状｡应用改良NIHSS评分量表评估患者功能:运动得分0～3分(0分:无障碍,1分:轻度运动障碍,2分:重度运动障碍,3分:肢体完全不能动);视力得分 0～2分(0分:无障碍,1分:不全性偏盲,2分:完全偏盲);语言得分0～2分(0分:无障碍,1分:轻度失语,2分:重度失语)｡术后3～6个月采用信访､电话或门诊随访方式,应用Karnofsky生存质量预后评分表(KPS)评价患者生存质量｡所有患者均由同一神经外科医师评分,并根据评分评级为:症状恶化､平稳､好转｡

1.6 统计学处理 应用SPSS13.0统计软件进行统计分析,组间频数应用卡方检验,以P0.05为差异有统计学意义｡

2 结 果

2.2 肿瘤病理学结果 DTI-导航组中12例神经上皮性肿瘤,根据WHO病理分级:Ⅰ级1例,Ⅱ～Ⅲ级9例,Ⅳ级2例;3例脑转移性肿瘤,2例原发性中枢神经淋巴瘤｡对照组中13例神经上皮性肿瘤,根据WHO病理分级:Ⅰ级1例,Ⅱ～Ⅲ级10例,Ⅳ级2例;4例脑转移性肿瘤｡

2.2 手术疗效分析 术后1个月随访发现DTI-导航组中1例患者出现不全性感觉性失语,3例患者症状无明显改善,13例患者术后1个月纤维束症状好转,应用改良NIHSS评分量表评估患者功能,症状好转13例(76%),平稳 3例(18%),恶化1例(6%)｡术后生存质量评分大于或等于70分 15例(88%)｡对照组中2例患者出现不全性运动性失语,1例患者出现不全性感觉性失语,2例患者术后出现偏瘫,4例患者症状无明显改善,8例患者术后1个月纤维束症状好转,改良NIHSS评分量表评估患者功能,症状好转8例(47%),平稳4例(24%),恶化5例(29%)｡术后生存质量评分大于或等于70分11例(65%),见表1｡

表1 DTI融合神经导航技术辅助脑肿瘤切除术疗效分析[n(%)]

2.3 DTI融合神经导航技术对术前计划的影响 所有患者的症状与纤维束相关,根据DTI-融合神经导航,共观察到25束纤维束与肿瘤相关,相比常规根据术前常规增强M RI影像设计手术入路及皮质切口,DTI-导航组中有5例(29%)患者的皮质切口进行了改良,11例(65%)患者的肿瘤切除范围进行了重新定义,其中3例同时进行了皮质切口改良和肿瘤切除范围重新定义,共13例(76%)患者通过DTI-FT融合神经导航技术进行了术前计划改良｡

3 讨 论

本研究应用DTI融合神经导航技术观察到25束纤维束与肿瘤相关｡与传统术前常规检查相比,对5例(29%)患者的皮质切口进行了改良,11例患者的肿瘤切除范围进行了重新定义｡术后13例(76%)患者症状好转,平稳3例(18%),恶化1例(6%)｡对照组症状好转 8例(47%),平稳 4例(24%),恶化5例(29%)｡DTI-导航组手术疗效优于对照组｡

DTI成像是目前在活体上测量水分子弥散运动与成像的惟一方法[4-5],最常用的主要包括DWI和 DTI[6]｡DTI可显示脑白质神经传导束更精确的微观结构,同时还可分辨不同神经传导束和纤维投射方向｡解剖学的对照研究证实[7],DTI可以清晰准确地描绘脑白质内主要神经纤维束的生理解剖图谱,包括:(1)联络纤维,如弓形纤维､上纵束､下纵束､钩束和扣带束等;(2)连合纤维,如胼胝体和前连合等;(3)投射纤维,如内囊､外囊､放射冠､锥体束､内囊､听放射､视放射以及一些锥体外系传导束等｡

由于DTI影像的特殊性,融合神经导航对于立体判断神经纤维束起到了重要作用｡传统方法主要是用MRI或皮质电刺激进行灰质成像以达到手术定位的目的,不仅不能进行白质成像,准确性较差,而且手术时间长,术野暴露过大｡DTI解决了这一关键难题,在DTI影像上,由于锥体束等白质纤维传导束密集,呈现显著的高信号影｡通过DTI和导航序列影像的融合､三维重建及各向分割,在矢状位､冠状位和水平位均可表现出特征性的高信号的束状结构,从而准确判定锥体束的结构､走行､移位以及与邻近肿瘤的空间毗邻｡DTI导航术中,在判别肿瘤边界的同时,还可以准确定位邻近的锥体束｡肿瘤切除和锥体束功能结构的保存在影像学上得到定量,手术切除范围可以更加充分｡因此,可最大限度地切除肿瘤,保存邻近锥体束｡

虽然胶质瘤的研究包括肿瘤干细胞[8]､分子靶向治疗[9]､新型化疗药物[10-11]的发明等进展很快,但是根据术前肿瘤影像学设计手术入路及皮质切口,最大范围切除肿瘤及最大可能保留神经功能仍是脑胶质瘤治疗的基本方法｡但是由于神经解剖的复杂性,最广泛的切除颅内肿瘤同时最大化的保留神经功能一直是神经外科医师追求的境界[12]｡磁共振弥散张量成像-纤维追踪(DTI-FT)技术能够显示纤维束与肿瘤的关系,目前被认为在神经外科手术术前计划中非常重要｡但是融合DTI-FT的功能神经导航同样存在脑漂移问题[13],因此,前期工作主要侧重于DTI融合神经导航技术在脑肿瘤术前计划中的作用｡本研究以手术皮质切口和肿瘤预测切除边界作为两个独立因素来判断术前计划,发现DTI融合神经导航技术与常规影像术前计划相比,DTI融合神经导航技术能给神经外科医生提供关于神经纤维束丰富的信息,对于术前设计合理的手术切口､判断肿瘤切除范围､针对性家属谈话等方面起到明显作用,从而可以明显提高脑肿瘤手术疗效和患者术后生存质量｡

随着神经电生理[14]､神经三维 B超[15]､术中 MRI[16]等技术的发展,DTI融合神经导航技术在术中实时指导手术将使手术更加精确,也是此领域进一步研究的方向｡

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Application of trajectories of fibre tracts by DTI technique in pre-surgical planning of brain tumors

(1.Department of Image;2.Department of Brain,Af filicated Wuxi Second Hospital,Nanjing Medical University,Jiangsu,Wuxi 214002,China)

ObjectiveTo evaluate the possible identification of trajectories of fibre tracts by DTI technique.MethodsSeventeen brain neoplasms patients were prospectively and consecutively studied.All the patients were clinically assessed by a neurologist in both pre-and post-surgical phases.ResultsThe trajectories were considered suitable for surgical planning if there were no interruptions of any of the layers at the level of the lesion.The assessment of the 11 visualised trajectories close to the tumour resulted in a modification of the surgical approach to corticotomy in five patients(29%);the impact on the definition of the resection margins during surgery was 65%(11 cases).In 13 cases(76%),the symptoms had been improved.ConclusionOur study shows that M R-tractography provides the neurosurgeon with a new anatomical view that has an impact on the surgical resection planning for brain neoplasms.

magnetic resonance imaging;neuronavigation;brain neoplasms;pre-surgical planning

10.3969/j.issn.1671-8348.2011.01.020

A

1671-8348(2011)01-0046-03Wang Hua1,Lu Xiaojie2,Lin Yuchang2,MiuYi feng2△

△通讯作者,电话:(0510)82727501;E-mail:yifengmwx@hotmail.com｡

2010-02-10

2010-05-15)

•短篇及病例报道•